Чутливість клітин до кисню пояснила, чому у ссавців регенерація набагато повільніша, ніж у земноводних. За присутності кисню в мишей дестабілізувався білок, залучений у регенерації, тоді як у жаб клітини могли підтримувати роботу цього білка навіть за високих концентрацій кисню. Науковці сподіваються, що націлення на цей білок допоможе покращити регенерацію в людей, хоча й наголошують, що це не дозволить відрощувати кінцівки, як це роблять земноводні. Дослідження опублікували в журналі Science.
Чому кисень запідозрили в перешкоджанні регенерації?
Науковці давно помічали, що у земноводних регенерація значно швидша, ніж у ссавців, попри те, що багато ключових механізмів у цих двох груп тварин однакові. Пуголовки жаб і саламандри, які проводять більшу частину часу у воді, можуть відрощувати цілі кінцівки, тоді як для ссавців це неможливо. У ссавців зазвичай формування рубцевої тканини відбувається раніше, ніж запускаються процеси регенерації.
Одним із пояснень було те, що у воді рівень кисню значно нижчий, ніж на суші. Але досі дослідники не могли довести, що причина саме в цьому, а не просто так збіглося, що тварини з кращою здатністю до регенерації живуть у водному середовищі. Щоб перевірити цю гіпотезу, європейсько-японська команда на чолі з науковцями Федеральної політехнічної школи Лозанни у Швейцарії провела нове дослідження.
Як знайшли білок, що пов’язує кисень і регенерацію?
Щоб підтвердити зв’язок між киснем і регенерацією, науковці націлилися на основний чутливий до кисню білок у клітинах тварин — HIF1A. Активність цього білка та регенерацію вивчали на ампутованих кінцівках пуголовків шпоркових жаб (Xenopus laevis) й ембріонів мишей (Mus musculus). Ці кінцівки культивували в однаковому середовищі, змінюючи лише рівень кисню в ньому.
Як і у звичайних умовах, концентрація кисню, як у повітрі, знижувала здатність кінцівок мишей до регенерації та сповільнювала загоєння ран. Але коли кінцівки були в середовищі зі зниженим рівнем кисню, у їхніх клітинах зафіксували стабілізацію білка HIF1A, що пришвидшувало регенерацію та загоєння ран. У ядрах клітин білок HIF1A запускав процеси, які приводили до активації генів, залучених у регенерації.
Водночас кінцівки пуголовків жаб продемонстрували гарну регенерацію як за природних для них концентрацій кисню, так і за атмосферних і навіть ще вищих, ніж у повітрі. Науковці з’ясували, що відповідальними за це є внутрішньоклітинні процеси, які штучно стабілізують білок HIF1A навіть тоді, коли концентрація кисню висока. Коли дослідники відтворили ці процеси в кінцівках мишей, це пришвидшило їхню регенерацію за високої концентрації кисню.
Роль білка HIF1A в регенерації підтвердив і генетичний аналіз чотирьох різних видів: людини, миші, шпоркової жаби та аксолотля. У людей і мишей виявилася більшою активність генів, які регулюють роботу HIF1A, тоді як у здатних до регенерації жаби й аксолотля активність цих генів була нижчою.
Як відкриття допоможе лікувати рани в людей?
Оскільки нестача кисню є шкідливою для людських тканин і органів, неможливо буде просто обмежити його надходження, щоб пришвидшити регенерацію. Але науковці показали, що навіть за звичних для людського організму концентрацій кисню можна запустити регенерацію, стабілізувавши білок HIF1A. Цей підхід допоможе запустити наявний, але неактивний механізм регенерації кінцівок у дорослому віці. І хоча це навряд чи дозволить відростити кінцівку, як це роблять земноводні, але пришвидшить загоєння ран і зменшить утворення шрамів, через які люди втрачають частину чутливості в кінцівках або навіть їх функціональності.
Що впливає на загоєння ран
🩹 А от інша команда науковців запропонувала, навпаки, насичувати рани киснем для їхнього загоєння — такий підхід допоміг затягнутися хронічним ранам у мишей з діабетом.
🙈 Люди поступилися здібностями до регенерації навіть іншим приматам, у яких рани загоюються, у середньому, майже втроє швидше.
🥰 Покращити загоєння ран у людей вдалося за допомогою носового спрею з окситоцином та емоційної чи фізичної близькості з партнером.